局部型地形因子并行计算方法研究

 随着分析区域的扩展及需求精度的提高,数据-计算密集型地形分析亟需通过并行化来满足用户的时间响应需求。局部型地形因子是以一定半径的分析窗口(通常为3×3)计算且具有单元计算结果独立性的地形信息,是数字地形分析的基本参数。本文在分析局部型地形因子串行算法特征的基础上,以坡度算法为样本,对局部型地形因子的并行计算方法进行了深入研究。从数据并行的角度,对并行计算环境下的数据划分粒度、方式及结果融合策略进行了分析,构建了局部型地形因子的并行计算方法。利用SRTM陆地表面地形DEM数据,设计了坡度并行计算的实验以验证其方法的正确性和实用性。实验结果表明,本文提出的并行计算方法顾及了任务、数据及计算环境,可快速对局部型地形因子串行算法进行并行化改造,提高算法的执行效率,具有较好的并行性能。     

球坐标系下三维大地电磁正演研究

大地电磁正演理论研究热点一直以来主要集中在如何提高计算效率和精度,但在剖面足够长、探测深度足够大的情况下,传统的笛卡尔坐标系数值模拟方式难以准确拟合地球曲率形态.本文研究了基于球坐标系的三维大地电磁正演,推导了交错网格有限差分三维正演公式,与一维解析解和三维标准模型测试对比,验证了正演算法的正确性.通过理论模型计算,对比分析球坐标和笛卡尔坐标系正演结果表明：球坐标系模拟更合理,避免了传统笛卡尔坐标拉伸投影所引入的误差,可代替目前的笛卡尔坐标模拟方法.基于球坐标和笛卡尔坐标系的三维大地电磁正演响应值随着频率变低差异越明显.球坐标和笛卡尔坐标计算结果差异度与频率、模型结构和电阻率有关.本文模型计算结果在数万秒周期处已出现接近10%的差异,对于较大尺度的长周期大地电磁,地球曲率的影响不能忽略.

     

射阳港区双导堤建设前后冲淤变化及成因研究

基于近年来射阳港区水下地形数据和定点全潮水文观测资料,分析了双导堤建设前后冲淤变化特征,并对其成因进行了初步探讨。研究结果表明,研究区近6年来总体上以淤积为主,净淤积量约为65.23×106m3,年均净淤积速率约为7.9 cm/a;淤积区域主要分布于导堤两侧浅水区,侵蚀区域主要分布于导堤口附近。2008-2013年间研究区冲刷、淤积和相对稳定区域面积分别占15%、55%和30%。堤口东侧的SSW02站实测最大流速为1.54 m/s,北堤北部的SSW01站为1.4 m/s,无论是涨潮还是落潮,堤口均大于导堤北侧;导堤产生了沿堤水流和口门回流,改变了导堤两侧附近海域潮流方向并增大了口门处的沉积动力。研究区泥沙运动方式主要表现为波浪掀沙、潮流输沙;区域海流泥沙的沿程落淤和导堤挡流效应导致导堤两侧出现淤积,导堤产生的回流促使堤口冲刷和堤内泥沙回淤。导堤引起的局部流场变化是海底冲淤格局重新分布的主因。     

未饱和砂土含水量GPR反射波法检测研究

未饱和砂土含水量变化会引起介电性质改变,影响土体中电磁波传播速度。利用GPR反射波法测得土体电磁波速后,基于正确的土体介电常数模型可求得含水量,这一过程具有快速、连续、无损特点。为实现目标,以不同粒径组成的3组典型砂土为样品,利用探地雷达反射波法测定其介电常数,研究影响土样介电常数的关键因素和遵循的介电常数模型,讨论基于介电理论的土体含水量求取方法。研究表明粒径级配差异不会引起砂土介电常数较大变化;含水量是决定其介电常数的关键因素,两者关系可采用拟合的Topp或Alharathi型公式表示;砂土介电常数遵循Looyenga混合介电常数模型。研究成果在土方路基含水量连续检测中得到有效应用。     

基于DEM的并行可照时间模型研究

可照时间是影响太阳辐射计算的重要参数。随着研究区域的增大、DEM分辨率与精度的不断提高,亟须借助并行技术满足用户对可照时间模拟的时间响应需求。该文针对栅格数据提出了一种通用有效的数据划分及结果融合策略,首次提出并行可照时间计算模型。实验表明该模型具有较好的可移植性,当处理节点数为64时,最优加速比高达16,在计算时间及加速比方面体现出优势。基于黄土高原地区90m×90m分辨率SRTM数据,计算了四季及全年可照时间,分析了可照时间的空间分布特征,表现为季节不对称性及非地带性分布规律。     

东昆仑南缘布青山构造混杂岩带的地质特征及大地构造意义

在1∶50000地质填图的基础上,运用详细的野外剖面测制、岩石组合分析、LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年等研究手段,将东昆仑南缘布青山构造混杂岩划分为基质和构造混杂岩块。构造混杂岩块包括变质基底岩块、洋壳型岩块和岛弧型岩块。其中,洋壳型混杂岩块又细分为早古生代蛇绿岩(516.4Ma±6.3Ma)、晚古生代蛇绿岩(332.8Ma±3.1Ma)和海山/洋岛玄武岩;岛弧型混杂岩块细分为加里东期中酸性侵入岩岩块(441.1Ma±6.3Ma)和火山熔岩岩块。建立了东昆仑南缘布青山构造混杂岩带2套典型的古洋盆扩张、俯冲消减的物质组合,分别代表东原特提斯洋和东古特提斯洋的形成与演化,从而为研究东特提斯洋演化的进程提供了新证据。     

差应力与石英组构关系的实验研究

为了探讨柯石英的形成条件,利用河北省平山县西柏坡地区太古代阜平群中的黑云母片麻岩进行高温高压条件下的岩石变形实验。实验的温度为800 ℃,围压为0.2 GPa,应变量为10%,应变速率为10^-5/s。实验结果表明,变形后样品中不同部位石英颗粒的激光拉曼光谱与标准的石英光谱相比较发生了明显的变化,具体表现为：挤压带中,石英颗粒的光谱出现了9个峰,而标准石英光谱为6个峰;在剪切带中,石英颗粒的谱线只有一个清晰的峰,在拉伸带中,石英颗粒的谱线无论峰的数目还是出现的位置都与标准石英光谱有着显著的区别,说明导致岩石变形的差应力对石英晶格结构的改造具有一定的影响。     

堤坝管涌的室内试验与颗粒流细观模拟研究

本文对水流垂直方向的堤坝管涌现象分别进行了室内模型模拟和颗粒流模拟实验。在室内模型试验模拟中采用先进的数码成像跟踪设备在细观的尺度上对土样在管涌发生发展的全过程进行了观察和记录,为颗粒流细观模拟提供了必要的细观参数及宏观依据。提出的二维孔隙率与三维孔隙率转换的关系公式很好的将室内模型试验的孔隙率同颗粒流数值模拟结合,运用颗粒流程序采用固液耦合的分析模型对管涌现象作进一步的数值模拟分析。根据模拟结果,分析了管涌产生、发展在颗粒细观尺度的原因,对管涌产生发展中的试样细观变化规律及流速的变化规律进行了分析。这些结果为PFC2D在渗流和渗透破坏等方面的深入研究应用提供了一定的实用依据,同时也为在细观尺度上解释和分析管涌现象提供了一条新的途径。     

基于耦合场分割算法的ANSYS二次开发及其应用

耦合场分割算法是当前研究的热点之一。本文首先对比研究了瞬态热传导方程和孔压增长消散方程,提出了一种适用于ANSYS二次开发的分割算法,并对2种不同的预测值计算模式对计算稳定性的影响进行了分析。然后,据之对ANSYS温度—结构耦合场模块进行了开发,形成了岩土工程有效应力计算模块。数值实验表明,这种方法具有较高的计算精度和良好的计算稳定性,并且能够充分利用现有程序资源,具有较高的工程应用价值。     

AR模型在大地电磁测深资料处理中的应用

大地电磁测深资料数据采集过程中,由于温度、湿度等对仪器的影响或GPS搜星不正常,采集到的数据有时会出现时间序列跳帧或缺失现象.针对这一问题,本文将基于无激励AR(p)模型预测数据的原理引入大地电磁测深数据处理中.根据已知序列确定AR(p)模型阶数以及模型参数,建立正确的预测模型对缺失数据进行预测,并对比经过预测后的数据与实际样本数据的频谱,表明AR(p)预测模型可以解决原始资料的不连续性问题,提高了大地电磁测深野外资料的利用率.